Kalkulator Jednostek Wzrostu | Śledzenie Rozwoju Upraw za Pomocą GDU

Czym jest jednostka cieplna wzrostu?

Jednostka cieplna wzrostu (GDU), nazywana także dniem stopniowym wzrostu (GDD), jest miarą ilości ciepła otrzymanego przez uprawę w danym dniu. Rolnicy i agronomowie sumują wartości GDU od momentu siewu przez cały sezon, aby przewidywać, kiedy uprawa osiągnie takie fazy jak wschody, kwitnienie lub dojrzałość. Ten kalkulator oblicza dzienną wartość GDU na podstawie najwyższej i najniższej temperatury danego dnia oraz temperatury bazowej uprawy.

Samo liczenie dni kalendarzowych nie sprawdza się dobrze, ponieważ chłodny i ciepły dzień przyspieszają rozwój rośliny w różnym stopniu. GDU rozwiązuje ten problem, przeliczając temperaturę na bieżącą sumę zakumulowanego ciepła.

Jak obliczać jednostki cieplne wzrostu

Każda uprawa ma temperaturę bazową — wartość, poniżej której przestaje się rozwijać. Poniżej tej temperatury procesy wzrostu rośliny spowalniają niemal do zera, dlatego te godziny nie dodają żadnych jednostek GDU. Dla kukurydzy i soi często stosuje się temperaturę bazową 50°F (10 °C).

Większość upraw ma również praktyczną górną granicę. Powyżej około 86°F (30 °C) dodatkowe ciepło nie przyspiesza już rozwoju, a nawet może powodować stres cieplny rośliny. Ten kalkulator stosuje zmodyfikowaną metodę GDU (nazywaną czasem metodą kukurydzianą lub metodą Bargera), która ogranicza dzienną temperaturę maksymalną do 86°F (30 °C) i podnosi dzienną temperaturę minimalną do temperatury bazowej przed obliczeniem średniej. Wzór jest następujący:

$\text{GDU} = \frac{\text{ograniczona } T_{\text{max}} + \text{ograniczona } T_{\text{min}}}{2} - T_{\text{bazowa}}$

Każdą temperaturę najpierw koryguje się w następujący sposób:

• Jeśli temperatura jest niższa od temperatury bazowej, podnosi się ją do temperatury bazowej.
• Jeśli temperatura jest wyższa niż 86°F (30 °C), obniża się ją do 86°F (30 °C).
• W przeciwnym razie pozostawia się ją bez zmian.

Jeśli wynik wzoru jest ujemny, kalkulator podaje wartość 0, ponieważ uprawa nie może tracić zakumulowanego ciepła. Ponieważ temperaturę minimalną najpierw podnosi się do temperatury bazowej, średnia nigdy nie może spaść poniżej tej temperatury, dlatego ograniczenie do zera ma znaczenie tylko wtedy, gdy wprowadzona temperatura bazowa jest wyższa niż 86°F (30 °C).

Dlaczego temperatury najpierw się koryguje

Etap korekty ma większe znaczenie, niż mogłoby się wydawać. Bez niego bardzo zimna noc mogłaby obniżyć średnią dobową poniżej temperatury bazowej i dać mylący ujemny lub bliski zeru wynik, mimo że w ciepłych godzinach dnia roślina rozwijała się normalnie. Ograniczenie temperatury maksymalnej zapobiega przypisywaniu wyjątkowo gorącym dniom większego przyrostu, niż roślina może rzeczywiście wykorzystać. Ponieważ obie korekty wykonuje się przed obliczeniem średniej, wynik tego kalkulatora może różnić się od zwykłej, nieograniczonej średniej najwyższej i najniższej temperatury dnia.

Przykład obliczeń

Przykład 1: gorący dzień z ograniczoną temperaturą maksymalną

• Temperatura maksymalna: 92°F (33,3 °C)
• Temperatura minimalna: 68°F (20 °C)
• Temperatura bazowa: 50°F (10 °C)

Temperatura maksymalna jest wyższa niż 86°F (30 °C), więc zostaje ograniczona: 92°F (33,3 °C) zmienia się na 86°F (30 °C). Temperatura minimalna, 68°F (20 °C), jest już wyższa od temperatury bazowej, więc pozostaje bez zmian.

$\text{Średnia} = \frac{86 + 68}{2} = 77°F$

$\text{GDU} = 77 - 50 = 27.00$

Przykład 2: chłodna noc z podniesioną temperaturą minimalną

• Temperatura maksymalna: 65°F (18,3 °C)
• Temperatura minimalna: 40°F (4,4 °C)
• Temperatura bazowa: 50°F (10 °C)

Temperatura maksymalna, 65°F (18,3 °C), mieści się między temperaturą bazową a 86°F (30 °C), więc pozostaje bez zmian. Temperatura minimalna, 40°F (4,4 °C), jest niższa od temperatury bazowej, więc zostaje podniesiona do 50°F (10 °C).

$\text{Średnia} = \frac{65 + 50}{2} = 57.5°F$

$\text{GDU} = 57.5 - 50 = 7.50$

Przykład 3: śledzenie bieżącej sumy

Wartości GDU sumuje się w ciągu całego sezonu. Poniższa tabela przedstawia pięć dni dla temperatury bazowej 50°F (10 °C).

Dnia 3 temperatura minimalna 45°F (7,22 °C) jest niższa od temperatury bazowej i przed obliczeniem średniej zostaje podniesiona do 50°F (10 °C), co daje (70 + 50) / 2 − 50 = 10,00 GDU. Dzień 4 działa tak samo: temperatura minimalna 40°F (4,4 °C) zostaje podniesiona do 50°F (10 °C), co daje (65 + 50) / 2 − 50 = 7,50 GDU. Po pięciu dniach uprawa zgromadziła 77,50 GDU.

Temperatury bazowe według upraw

Temperatura bazowa zależy od pochodzenia i biologii uprawy. Uprawa wyhodowana dla chłodnego klimatu toleruje niższe temperatury niż uprawa przeznaczona do klimatu tropikalnego.

Są to powszechnie stosowane wartości domyślne podawane w zaleceniach służb doradztwa rolniczego. Dostawcy nasion czasami publikują inną temperaturę bazową dla konkretnej odmiany; jeśli jest dostępna, należy użyć właśnie tej wartości.

Do czego służą jednostki cieplne wzrostu

Rolnicy wykorzystują skumulowane wartości GDU do podejmowania kilku praktycznych decyzji:

• Przewidywanie faz rozwoju. Firmy nasienne publikują przybliżone sumy GDU dla takich etapów jak wschody, wiechowanie czy dojrzałość, dzięki czemu rolnik może oszacować termin ich wystąpienia zamiast opierać się na samym kalendarzu.
• Wybór terminów siewu. Porównanie całkowitego zapotrzebowania odmiany na GDU z typową sumą GDU zgromadzoną do pierwszych jesiennych przymrozków pokazuje, czy margines bezpieczeństwa pozwala na późniejszy lub wcześniejszy siew.
• Ustalanie terminu monitorowania szkodników. Wiele szkodliwych owadów rozwija się zgodnie z własnym harmonogramem zależnym od ciepła. Służby doradztwa rolniczego publikują wartości progowe GDU wskazujące, kiedy rozpocząć monitorowanie konkretnych szkodników.
• Planowanie nawadniania i zbiorów. Ponieważ wrażliwe na niedobór wody fazy rozwoju, takie jak kwitnienie, występują w znanych przedziałach GDU, rolnicy mogą się do nich przygotować, zamiast reagować dopiero po ich rozpoczęciu.

Historia

Pomysł sumowania temperatur w celu przewidywania terminów rozwoju roślin sięga lat 1730, kiedy francuski naukowiec René Réaumur zaproponował, że suma dobowych temperatur powyżej określonego progu może służyć do prognozowania, kiedy roślina osiągnie daną fazę. W ciągu kolejnych dwóch stuleci badacze udoskonalili tę koncepcję, wprowadzając temperatury bazowe właściwe dla poszczególnych upraw. Metoda jednostek cieplnych kukurydzy stosowana przez wiele współczesnych kalkulatorów, w tym zmodyfikowana metoda z górnym ograniczeniem temperatury, wywodzi się z artykułu z 1958 roku autorstwa E. C. Gilmore’a i J. S. Rogersa, w którym dojrzałość kukurydzy mierzono za pomocą skumulowanych jednostek cieplnych.

Najczęściej zadawane pytania

Czy jednostka cieplna wzrostu jest tym samym co dzień stopniowy wzrostu? Tak. GDU i GDD oznaczają tę samą miarę. Poszczególne regiony i organizacje preferują jeden z tych terminów, ale obliczenia są identyczne.

Dlaczego ten kalkulator ogranicza temperaturę maksymalną do 86°F (30 °C)? Powyżej około 86°F (30 °C) większość upraw przestaje czerpać korzyści rozwojowe z dodatkowego ciepła, a zamiast tego może doświadczać stresu cieplnego. Ograniczenie temperatury maksymalnej zapobiega zawyżaniu wkładu jednego bardzo gorącego dnia w rozwój rośliny.

Dlaczego mój wynik różni się od prostej średniej temperatury maksymalnej i minimalnej? Ten kalkulator koryguje każdą temperaturę w kierunku temperatury bazowej oraz ograniczenia 86°F (30 °C) przed obliczeniem średniej. Temperaturę zimnej nocy poniżej temperatury bazowej podnosi się do temperatury bazowej, a temperaturę gorącego dnia powyżej 86°F obniża się do 86°F (30 °C). Zwykła średnia surowej temperatury maksymalnej i minimalnej nie będzie zgodna z wynikiem tego kalkulatora, gdy któraś z temperatur znajdzie się poza tym zakresem.

Jakiej temperatury bazowej należy użyć? Dla kukurydzy, soi i sorga należy użyć 50°F (10 °C); dla pszenicy 32°F (0 °C); a dla bawełny 60°F (16 °C), chyba że dostawca nasion podaje inną wartość dla konkretnej odmiany.

Jak śledzić wartości GDU przez cały sezon? Należy obliczać dzienną wartość GDU dla każdego dnia od siewu lub wschodów, a następnie dodawać wartość z każdego dnia do bieżącej sumy. Sumę należy porównywać z opublikowanymi wymaganiami GDU dla interesującej fazy rozwoju.

Czy GDU pozwala dokładnie przewidzieć termin zbioru? Nie. W porównaniu z liczeniem dni kalendarzowych znacznie zawęża prawdopodobny przedział, ale susza, podtopienia, stres związany z niedoborem składników odżywczych i różnice między odmianami mogą przesunąć rzeczywisty termin.

Piśmiennictwo

1. Gilmore, E. C. i J. S. Rogers. „Heat Units as a Method of Measuring Maturity in Corn”. Agronomy Journal, t. 50, nr 10, 1958, s. 611–615.
2. McMaster, G. S. i W. W. Wilhelm. „Growing Degree-Days: One Equation, Two Interpretations”. Agricultural and Forest Meteorology, t. 87, nr 4, 1997, s. 291–300.
3. Baskerville, G. L. i P. Emin. „Rapid Estimation of Heat Accumulation from Maximum and Minimum Temperatures”. Ecology, t. 50, nr 3, 1969, s. 514–517.